Los aparatos electrónicos hechos de grafeno—láminas de carbono de sólo un átomo de grosor—podrían ser considerablemente más rápidos que los de silicio. Sin embargo, fabricar transistores a partir de este material al ritmo de producción industrial en gran escala ha resultado ser todo un reto hasta ahora. Dos grupos distintos de investigadores acaban de desarrollar unos métodos simples para desplegar los nanotubos de carbono—una forma de carbono que es más fácil de producir—y así construir “nanocintas” de grafeno. Ambos métodos están en proceso de obtener la licencia para su desarrollo comercial, y uno de ellos ya ha sido utilizado para producir el transistor de grafeno de mejor rendimiento hasta la fecha.

Los materiales usados en los transistores deben ser semiconductores—es decir, deben darnos la posibilidad de que cambiemos su estado entre un mayor o menor grado de conductividad. Aunque las láminas de grafeno conducen los electrones muy rápidamente, el modo en que los electrones se mueven a través de este material bidimensional provoca que el estado de conductividad del grafeno no pueda alterarse, a no ser que se apile en capas o se transforme en cintas largas y muy estrechas. Los dispositivos de grafeno en capas necesitan más energía eléctrica que sus equivalentes de silicio, y aunque los dispositivos de nanocintas de grafeno poseen los mismos requerimientos eléctricos que el silicio, son más difíciles de fabricar.

En un estudio publicado hoy en la revista Nature, dos grupos de investigadores describen unos métodos para fabricar nanocintas de grafeno mediante la apertura de nanotubos de carbono (láminas de carbono de un átomo de grosor enrolladas y dispuestas en capas, con forma de pajita). Uno de los grupos de investigación fue dirigido por James Tour, profesor de química y ciencias informáticas de la Universidad de Rice, y el otro por Hongjie Dai, profesor de química en la Universidad de Stanford.

Los investigadores de Rice expusieron sus nantubos de carbono al ácido sulfúrico y al permanganato de potasio, un agente oxido muy potente. Esto provocó una reacción que hizo que la unión entre dos átomos de carbono del nanotubo se rompiese, y cada átomo de carbono se acabó asociando con un átomo de oxígeno. Los átomos de oxígeno provocaron un tipo de presión que hicieron que los nanotubos se abriesen. “Se salen del tubo, golpeándose entre ellos, haciendo presión sobre las uniones de carbono-carbono adyacentes,” comenta Tour. Esta reacción hace que los nanotubos se abran con un corte limpio ya que (en términos químicos) es más fácil que la reacción se propague a través de la longitud del tubo antes que las uniones distantes se oxiden. El ancho de estas cintas se ve determinado por el diámetro de los nanotubos que se usen. “La mayoría de los métodos resultan en nanocintas en el orden de los pico-nanogramos,” afirma Tour. “Este método se podría escalar fácilmente hasta los kilos.”

“Me parece impresionante que algo como esto realmente funcione,” señala Dai acerca de la técnica de Tour. “Con nuestro método, tenemos que proteger el lateral del tubo.” A diferencia del método de Tour, que se lleva a cabo dentro de una solución, el de Dai debe realizarse sobre una superficie. En primer lugar, los investigadores de Stanford colocan los nanotubos en un polímero y crean una película con la que el polímero cubre parte de los tubos. Después esta película es retirada y se expone a un plasma de argón dentro de una cámara de reacción, lo que desvela los átomos expuestos de carbono. El tamaño de las nanocintas de grafeno resultantes se puede controlar variando el grosor de la película de polímero y los tiempos de reacción utilizados.”

Estos dos estudios “demuestran que hay una forma de crear grafeno a partir de nanotubos,” afirma Yu-Ming Lin, investigador en el grupo de investigación de ciencia y tecnología a nanoescala en el Centro de Investigación Watson de IBM, en Nueva York. Dai fue el responsable de desarrollar el anterior estándar de fabricación de nanocintas de grafeno: las láminas de grafeno se partían en trozos más pequeños, incluyendo nanocintas, mediante su exposición a unas intensas ondas de sonido (un método relativamente pobre en cuanto a resultados). “Cada uno de los nuevos métodos tiene sus pros y sus contras,” señala Dai.

El método de Tour da como resultado una abundancia de grafeno, lo cual es ventajoso desde el punto de vista de la fabricación. Sin embargo “con el método de Dai se tendrá un mejor control,” admite Tour. El ancho de las nanocintas del grupo de Rice viene determinado por el diámetro de los nanotubos de los que proceden. Por el contrario, con la técnica de Stanford es posible crear nanocintas con un ancho más definido. En la publicación de hoy, Dai y sus colegas describen unas nanocintas de seis nanometros de ancho, aunque comentan que posteriormente fueron capaces de crear más estrechas y más semiconductoras. “Quizá exista un tipo de ancho que sea el más óptimo; eso es algo que hay que investigar,” señala.

Las nanocintas de Tour son fáciles de procesar porque están compuestas de óxido de grafeno, que es soluble en el agua. “Puedes usar un tipo de fuerza absoluta para alinearlas como si fueran troncos en un río, en paralelo,” comenta Tour. “Hagas lo que hagas, se alinean.” Tour añade que las nanocintas se pueden transformar en dispositivos que usen impresión por inyección de tinta. Una vez que las nanocintas se colocan en un chip, se les da un tratamiento de hidrógeno a altas temperaturas para eliminar el oxígeno de sus laterales y convertirlas en semiconductoras. Si este paso no se lleva a cabo, las nanocintas son aislantes.

La investigación llevada a cabo en Stanford fue subvencionada en parte por Intel, y Tour señala que se encuentra en conversaciones con algunas compañías interesadas en obtener una licencia para utilizar su método de fabricación, así como dispositivos hechos a partir de las nanocintas.